KR101914382B1 - 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극 - Google Patents

금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극 Download PDF

Info

Publication number
KR101914382B1
KR101914382B1 KR1020170095229A KR20170095229A KR101914382B1 KR 101914382 B1 KR101914382 B1 KR 101914382B1 KR 1020170095229 A KR1020170095229 A KR 1020170095229A KR 20170095229 A KR20170095229 A KR 20170095229A KR 101914382 B1 KR101914382 B1 KR 101914382B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal nanowire
substrate
ultraviolet
layer
pattern
Prior art date
Application number
KR1020170095229A
Other languages
English (en)
Inventor
김태환
추동철
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020170095229A priority Critical patent/KR101914382B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101914382B1 publication Critical patent/KR101914382B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/32—Filling or coating with impervious material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 기판 상에 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크(positive mask)를 부착하는 단계; 상기 포지티브 마스크가 부착된 기판을 1차 자외선/오존 처리하는 단계; 상기 1차 자외선/오존 처리된 기판으로부터 상기 포지티브 마스크를 제거하는 단계; 상기 1차 자외선/오존 처리된 기판 상에 금속 나노와이어 층을 코팅하는 단계; 상기 금속 나노와이어 층이 코팅된 기판을 열처리하는 단계; 상기 금속 나노와이어 층 상에 비패턴 영역을 노출시키는 네거티브 마스크(negative mask)를 부착하는 단계; 상기 네거티브 마스크가 부착된 기판을 2차 자외선/오존 처리하는 단계; 및 상기 2차 자외선/오존 처리된 기판으로부터 상기 네거티브 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극{METHOD FOR MANUFACTURING METAL NANOWIRE PATTERN, METAL NANOWIRE ELECTRODE USING THE SAME}
본 발명은 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공정 방법 단순화 및 대면적 공정이 가능한 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극에 관한 것이다.
금속 나노와이어는 결정성으로 전하 이동도가 높고 유기물에 비해 상대적으로 대기 중 안정성이 높으며, 물리적 길이가 수 ㎛를 넘지 않아 구부림이 가능한 플라스틱 기판 상에서도 소자를 제작할 수 있다는 장점으로 인해, 플랙서블 터치제품, 다양한 플랙서블 전자소자 및 발광소자를 위한 전극으로 사용하기에 매우 좋은 특성을 가지고 있어, 최근 들어 금속 나노와이어 전극에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, 금속 나노와이어는 공정 상의 취약성으로 인해 패턴을 형성하기 위한 방법에 어려움이 있다. 금속 나노와이어 전극을 만드는 대표적인 방법으로는 포토리소그래피 공정을 이용한 패턴 형성, 레이저 공정을 이용한 패턴 형성, 양극산화 알루미늄 템플레이트 기술을 이용한 나노와이어 형성, 화학기상증착(chemical vapor deposition)을 이용한 나노와이어의 성장 및 전기방사에 의한 나노섬유 제작이 있다.
그러나, 포토리소그래피 공정을 사용하여 나노와이어 패턴을 형성하는 경우, 다양한 용액에 의해 금속 나노와이어에 화학적 손상이 발생하여, 금속 나노와이어 전극의 특성이 나빠지는 문제가 있고, 레이저 공정을 이용하여 나노와이어 패턴 형성하는 경우, 고가의 레이저 장비를 사용해야 하고 대면적에 적용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 양극산화 알루미늄 템플레이트 기술을 이용하여 나노와이어를 형성하는 경우, 공정단계가 복잡하고 제작비용이 높으며 대면적화가 어렵고, 화학기상증착을 이용한 나노와이어의 성장기술의 경우 나노와이어가 불규칙적으로 퍼지게 되므로 고집적된 대면적의 나노와이어 제작이 불가능하다. 또한, 매 공정마다 나노와이어의 두께, 길이, 성장방향 등을 일정하게 제어하기가 어려워 재현성이 떨어지므로 동일한 성능의 소자 구현이 제한적이다.
또한, 전기방사에 의한 나노섬유 제작할 경우에는 나노와이어 간의 접촉점으로부터 노이즈가 발생함에 따라 소자의 전압-전류 특성이 불안정한 문제점이 있다.
따라서, 금속 나노와이어 전극은 나노소재의 전도성이 우수한 장점을 활용하고 대면적으로 금속 나노와이어 패턴을 형성하기 위해서는 전술한 바와 같은 단점이 보완된 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0002581호, "나노 와이어를 이용한 패턴 형성 방법" 대한민국 등록특허 제10-1507240호, "금속 산화물 나노와이어 패턴을 포함하는 가스센서 나노어레이의 제조방법"
본 발명의 실시예들의 목적은 1차 자외선/오존 처리, 열처리 및 2차 자외선/오존 처리를 이용하여 금속 나노와이어 패턴을 대면적으로 형성하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들의 목적은 1차 자외선/오존 처리, 열처리 및 2차 자외선/오존 처리를 이용함으로써 기존에 사용하던 자외선/오존 처리기를 사용하여 공정 단순화 및 공정 비용을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들의 목적은 2차 자외선/오존 처리를 진행하기 전에 열처리를 진행하여, 비패턴 영역의 금속 나노와이어 층의 면저항을 증가시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들의 목적은 2차 자외선/오존 처리를 진행하여 비패턴 영역의 금속 나노와이어 층의 금속 나노와이어 네트워크를 붕괴시켜, 비패턴 영역의 금속 나노와이어 층의 전도도를 감소시켜 절연 상태로 변환시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 기판 상에 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크(positive mask)를 부착하는 단계; 상기 포지티브 마스크가 부착된 기판을 1차 자외선/오존(UVO) 처리하는 단계; 상기 1차 자외선/오존 처리된 기판으로부터 상기 포지티브 마스크를 제거하는 단계; 상기 1차 자외선/오존 처리된 기판 상에 금속 나노와이어 네트워크(metal nanowire network)를 포함하는 금속 나노와이어(metal nanowire) 층을 코팅하는 단계; 상기 금속 나노와이어 층이 코팅된 기판을 열처리하는 단계; 상기 금속 나노와이어 층 상에 비패턴 영역을 노출시키는 네거티브 마스크(negative mask)를 부착하는 단계; 상기 네거티브 마스크가 부착된 기판을 2차 자외선/오존 처리하는 단계; 및 상기 2차 자외선/오존 처리된 기판으로부터 상기 네거티브 마스크를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 1차 자외선/오존 처리하는 단계는, 상기 기판의 패턴 영역을 친수성으로 개질할 수 있다.
상기 금속 나노와이어 층의 면저항은 열처리 온도에 따라 제어될 수 있다.
상기 2차 자외선/오존 처리하는 단계는, 상기 비패턴 영역에 형성된 금속 나노와이어 층의 상기 금속 나노와이어 네트워크를 붕괴시킬 수 있다.
상기 2차 자외선/오존 처리하는 단계는, 상기 비패턴 영역에 형성된 금속 나노와이어 층의 전도도(conductance)를 감소시켜 절연 상태로 변환시킬 수 있다.
상기 1차 자외선/오존 처리하는 단계는, 20분 내지 30분 동안 진행될 수 있다.
상기 열처리하는 단계는, 10분 내지 20분 동안 진행될 수 있다.
상기 열처리하는 단계는, 100℃ 내지 120℃의 온도로 진행될 수 있다.
상기 2차 자외선/오존 처리하는 단계는, 2시간 내지 4시간 동안 진행될 수 있다.
상기 포지티브 마스크 또는 상기 네거티브 마스크는 상기 금속 나노와이어 층과 맞닿는 면에 완충층(buffer layer)를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크(positive mask)를 부착하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크를 부착하기 전에, 초음파를 사용하여 상기 기판의 표면을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 나노와이어 층은 스핀 코팅(spin coation), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 브러쉬 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating) 및 그라비아 코팅(gravure coating) 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 금속 나노와이어 층은 금속 나노와이어로 형성된 상기 금속 나노와이어 네트워크를 포함하고, 상기 금속 나노와이어는 표면에 보호층을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노와이어 층은 은(Ag) 나노와이어, 구리(Cu) 나노와이어, 알루미늄(Al) 나노와이어, 금(Au) 나노와이어, 백금(Pt) 나노와이어, 니켈(Ni) 나노와이어 및 티타늄(Ti) 나노와이어 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판은 유리(glass), 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 폴리다이메틸실록산(PDMS; polydimethylsiloxane), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene), 페벡스(PEBAX; polyether block amides), 과불화 탄성체(perfluoroelastomers), 불화 탄성체(fluoroelastomers), 플로오로실리콘 고무(fluorosilicone rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리아크릴릭 고무(polyacrylic rubber), 에피클로로히드린 고무(epichlorohydrin rubber), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 하이드로제네이티드 나이트릴 고무(hydrogenated nitrile rubbers) 및 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 포지티브 마스크 또는 네거티브 마스크는 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 스테인레스 금속(SUS; Steel Use Stainless), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 1차 자외선/오존 처리, 열처리 및 2차 자외선/오존 처리를 이용하여 금속 나노와이어 패턴을 대면적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 1차 자외선/오존 처리, 열처리 및 2차 자외선/오존 처리를 이용함으로써 기존에 사용하던 자외선/오존 처리 장치를 사용하여 공정 단순화 및 공정 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 2차 자외선/오존 처리를 진행하기 전에 열처리를 진행하여, 비패턴 영역의 금속 나노와이어 층의 면저항을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 2차 자외선/오존 처리를 진행하여 비패턴 영역의 금속 나노와이어 층의 금속 나노와이어 네트워크를 붕괴시켜, 비패턴 영역의 금속 나노와이어 층의 전도도를 감소시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 2a 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법을 도시한 실물 이미지이다.
도 3a 내지 도 3c는 2차 자외선/오존 처리에 따른 금속 나노와이어 층의 변화를 도시한 전자주사현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 2차 자외선/오존 처리 시간에 따른 금속 나노와이어 층의 면저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 열처리 온도에 따른 2차 자외선/오존 처리 시의 금속 나노와이어 층의 면저항의 변화를 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하에서는, 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 기판(110) 상에 패턴 영역(P)을 노출시키는 포지티브 마스크(positive mask; 121)를 부착하는 단계, 포지티브 마스크(121)가 부착된 기판(110)을 1차 자외선/오존(UVO; 131) 처리하는 단계, 1차 자외선/오존 처리(131)된 기판(110)으로부터 포지티브 마스크(121)를 제거하는 단계 및 1차 자외선/오존 처리(131)된 기판(110) 상에 금속 나노와이어 네트워크(metal nanowire network)를 포함하는 금속 나노와이어(metal nanowire) 층(151)을 코팅하는 단계를 포함한다.
또한, 금속 나노와이어 층(151)이 코팅된 기판(110)을 열처리(160)하는 단계, 금속 나노와이어 층(151) 상에 비패턴 영역(NP)을 노출시키는 네거티브 마스크(negative mask; 122)를 부착하는 단계, 네거티브 마스크(122)가 부착된 기판(110)을 2차 자외선/오존 처리(132)하는 단계 및 2차 자외선/오존 처리(132)된 기판(110)으로부터 네거티브 마스크(122)를 제거하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행하기 전에 열처리(160)를 진행하여, 금속 나노 와이어 층(151)의 면저항을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행하여 비패턴 영역(NP)의 금속 나노와이어 층(151)의 금속 나노와이어 네트워크를 붕괴시켜, 금속 나노와이어 층(151)의 전도도를 감소시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따라, 기판 상에 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크를 부착한 것을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 기판(110) 상에 패턴 영역(P)을 노출시키는 포지티브 마스크(121)을 부착한다.
기판(110)은 플렉서블 기판이 사용될 수 있고, 플렉서블 기판을 사용함으로써, 플렉서블 터치 기판, 플렉서블 발광 소자 또는 플렉서블 전자 소자에 사용될 수 있다.
기판(110)은 유리(glass), 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 폴리다이메틸실록산(PDMS; polydimethylsiloxane), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene), 페벡스(PEBAX; polyether block amides), 과불화 탄성체(perfluoroelastomers), 불화 탄성체(fluoroelastomers), 플로오로실리콘 고무(fluorosilicone rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리아크릴릭 고무(polyacrylic rubber), 에피클로로히드린 고무(epichlorohydrin rubber), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 하이드로제네이티드 나이트릴 고무(hydrogenated nitrile rubbers) 및 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
포지티브 마스크(121)는 자외선을 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 바람직하게, 포지티브 마스크(121)는 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 스테인레스 금속(SUS; Steel Use Stainless), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 기판(110) 상에 패턴 영역(P)을 노출시키는 포지티브 마스크(121)를 부착하기 전에, 초음파를 사용하여 기판(110)의 표면을 세척할 수 있다.
보다 구체적으로, 기판(110)은 초음파 세척기에 의해 세척될 수 있고, 초음파 세척기는, 기판(110)이 담긴 용매에 초음파를 인가함으로써, 기판(110) 표면의 이물질을 제거할 수 있다. 용매는 아세톤(acetone), 메탄올(methanol) 및 탈이온수(DI, Deionized Water)를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 포지티브 마스크(121)는 기판(110)과 맞닿는 면에 완충층(buffer layer)를 더 포함할 수 있다.
완충층은 산화막 및 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 완충층은 포지티브 마스크(121) 제거 시, 기판(110)이 손상되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따라, 포지티브 마스크가 부착된 기판을 1차 자외선/오존 처리하는 공정을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 1차 자외선/오존 처리(131)를 진행하여 기판(110)의 패턴 영역(P)을 친수성으로 개질함으로써, 친수성 부분(140)을 형성할 수 있다.
보다 상세하게는, 소수성 기판(110) 상에 형성된 포지티브 마스크(121) 및 자외선/오존 처리기를 이용하여 패턴 영역(P)을 친수성으로 개질시킴으로써, 기판(110)의 표면의 패턴 영역(P)은 -OH, -OOH, -OO- 등으로 치환되어, 패턴 영역(P) 표면의 수접촉각을 감소시킬 수 있다.
따라서, 1차 자외선/오존 처리(131)는 기판(110)의 패턴 영역(P) 표면과 후속 공정에서 형성되는 금속 나노와이어 층(151) 간의 표면접합성을 향상시킬 수 있고, 특히, 포지티브 마스크(121)를 이용하여 부분적으로 1차 자외선/오존 처리(131)를 진행함으로써, 미세한 패턴을 정교하게 형성할 수 있다.
또한, 1차 자외선/오존 처리(131)의 오존 농도는 시간에 따라 증가하기 때문에, 포지티브 마스크(121)가 부착된 기판(110)은 자외선/오존 처리기가 동작하고 20분 내지 30분 후에 1차 자외선/오존 처리(131)될 수 있다.
1차 자외선/오존 처리(131)는 20분 내지 30분 동안 진행될 수 있고, 1차 자외선/오존 처리(131) 시간이 20분 미만이면 1차 자외선/오존 처리(131)가 충분히 진행되지 않아 기판(110) 표면의 수접촉각이 충분히 낮아지지 않는 문제가 있고, 30분을 초과하면 기판(110) 표면의 수접촉각이 더 이상 작아지지 않기 때문에 수율이 낮아지는 문제가 있다.
1차 자외선/오존 처리(131) 시간은 이에 제한되지 않고, 사용되는 기판(110)의 수접촉각에 따라 1차 자외선/오존 처리(131) 시간이 조절될 수 있다.
20분이상 자외선 오존 처리를 하는 경우 접촉각이 더 이상 작아지지 않기 때문에 20분 처리 공정을 최적조건으로 사용할 수 있다. 그러나 유리기판의 표면에 유기물 이물질이 많은 경우 유기물을 오존을 사용하여 제거하기 위해 더 긴 시간이 필요할 수도 있기 때문에 기판의 상황에 따라 20분에서 30분 동안 자외선 오존 처리를 진행할 수 있다.
또한, 1차 자외선/오존 처리(131)는 후속 공정에서 진행되는 2차 자외선/오존 처리의 공정 시간을 감소시키기 위해 진행될 수 있고, 열처리 및 2차 자외선/오존 처리만으로 금속 나노와이어 층(151)의 면저항을 충분히 증가시킬 수 있다면 1차 자외선/오존 처리(131)는 생략될 수 있다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따라, 포지티브 마스크가 제거된 기판을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 1차 자외선/오존 처리된 기판(110)으로부터 포지티브 마스크(121)를 제거한다.
포지티브 마스크(121)는 아세톤(acetone)과 같은 유기용매 또는 산(acid) 용액을 이용하여 기판(110)으로부터 분리될 수 있다. 산 용액은, 일 예로, 질산, 황산, 왕수, 또는 인산을 포함할 수 있다.
따라서, 기판(110) 표면은 패턴 영역(P)에 형성된 친수성 부분(140)만 남게된다.
도 1c에서는 친수성 부분(140)을 과장되게 표현한 것으로, 도 1c에서와 같이 층으로 형성되지 않고, 기판(110) 표면의 화학적 변화 또는 물리적 변화에 의해 특성만 개질될 수 있다.
도 1d는 본 발명의 실시예에 따라, 금속 나노와이어 네트워크를 포함하는 금속 나노와이어 층이 코팅된 기판을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 1차 자외선/오존 처리된 기판(110) 상에 금속 나노와이어 네트워크(metal nanowire network)를 포함하는 금속 나노와이어(metal nanowire) 층(151)을 코팅한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 기판(110) 표면의 패턴 영역(P)에는 친수성 부분(140)이 형성되어 있기 때문에, 기판(110) 표면의 패턴 영역(P)이 비패턴 영역(NP)보다 금속 나노와이어 층(151)과의 접착력이 증가될 수 있다.
금속 나노와이어 층(151) 내에 포함되는 금속 나노와이어 네트워크는 금속 나노와이어가 서로 겹치거나 또는 교차된 구역을 포함하고, 금속 나노와이어 네트워크는 금속 나노와이어 층(151) 전체에 균일한 전도성을 가질 수 있다.
금속 나노와이어 층(151)에 포함되는 금속 나노와이어는 길면 길수록, 전도성 경로가 길어져, 면저항이 낮아지고, 전도도가 증가하게 된다. 그러나, 굉장히 길고 얇은 금속 나노와이어 층(151)을 제조하는 것은 금속 나노와이어 층(151)의 불안정함을 초래할 수 있어, 제조 공정이 어려운 동시에 안정도가 감소될 수 있다.
따라서, 금속 나노와이어 층(151) 내에 포함되는 금속 나노와이어를 네트워크로 형성함으로써, 전하가 한 금속 나노와이어에서 다른 금속 나노와이어로 뛰어들 수도 있는 나노와이어들의 전도성 경로 제공하여 금속 나노와이어 층(151)의 전도도를 증가시킬 수 있다.
금속 나노와이어 층(151)은 은(Ag) 나노와이어, 구리(Cu) 나노와이어, 알루미늄(Al) 나노와이어, 금(Au) 나노와이어, 백금(Pt) 나노와이어, 니켈(Ni) 나노와이어 및 티타늄(Ti) 나노와이어 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게 은 나노와이어를 포함할 수 있다.
바람직하게 은 나노와이어는 은 화합물, 유기 보호제 및 폴리올 용매를 혼합하여 폴리올(polyol) 합성법으로 제조될 수 있고, 실시예에 따라 촉매가 포함될 수 있다.
폴리올 합성법은 폴리올 용매에 보호제 시약, 할로겐 촉매, 은염(예; AgNO3) 등으로 전구체 용액을 혼합 후 가열하여 제조하는 액상화학법으로, 예를 들면, 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)의 존재 하에서 에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜 등과 같은 폴리올에 의해 은염를 환원시켜 은 나노와이어를 제조할 수 있다.
따라서, 실시예에 따라, 금속 나노와이어 층(151)에 포함되는 금속 나노와이어는 표면에 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)과 같은 유기 물질의 보호층(미도시)을 포함할 수 있다.
보호층은 금속 나노와이어 층(151)에 포함되는 금속 나노와이어를 합성할 때, 금속 나노와이어의 이방성 형성 및 금속 나노와이어의 응집을 방지할 수 있고, 금속 나노와이어의 표면에 약 1nm 정도 형성될 수 있다.
바람직하게, 금속 나노와이어 층(151)은 은(Ag) 나노와이어를 포함할 수 있고, 은 나노 와이어를 사용함으로써, 유연성, 전도도 및 광학적 투명도가 높은 투명 전극을 제조할 수 있다.
금속 나노와이어 층(151)은 스핀 코팅(spin coation), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 브러쉬 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating) 및 그라비아 코팅(gravure coating) 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
바람직하게, 금속 나노와이어 층(151)은 금속 나노와이어 용액을 이용한 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있고, 스핀 코팅은 기판(110) 상에 용액을 일정량 떨어뜨리고 기판(110)을 고속으로 회전시켜서 용액에 가해지는 원심력으로 코팅 방법으로, 스핀 코팅을 이용하면 증착 공정에 비하여 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 공정 기술의 단순화를 통하여 공정 비용 및 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
금속 나노와이어 용액은 금속 나노 와이어를 물, 에탄올, 프로판올, PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), 아세톤 및 THF (Tetrahydrofuran)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매에 분산시켜 얻어질 수 있다.
도 1e는 본 발명의 실시예에 따라, 금속 나노와이어 층이 코팅된 기판을 열처리하는 과정을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 금속 나노와이어 층(151)이 형성된 기판(110)을 열처리(160)할 수 있다.
바람직하게, 열처리(160)는 대기 중에서, 핫플레이트(hot plate)를 이용하여 진행될 수 있다.
열처리(160) 시간은 금속 나노와이어 층(151)의 면저항 변화가 안정화되는 시간으로 조절될 수 있고, 바람직하게, 열처리(160)는 10분 내지 20분 동안 진행될 수 있다. 열처리(160) 시간이 10분 미만이면 열처리가 충분히 진행되지 않아 2차 자외선/오존 처리 시간이 증가하는 문제가 있고, 20분을 초과하면 은 나노와이어 층이 손상되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴 제조 방법은 열처리(160) 온도에 따라 금속 나노와이어 층(151)의 면저항이 제어될 수 있다. 금속 나노와이어 층(151)은 열처리(160) 온도가 증가함에 따라, 금속 나노와이어 층(151)의 면저항이 감소되고, 따라서, 열처리(160) 온도에 비례하여 금속 나노와이어 층(151)의 면저항 변화가 증가할 수 있다.
열처리(160)는 100℃ 내지 120℃의 온도로 진행될 수 있고, 바람직하게 열처리(160)온도는 110℃일 수 있다.
열처리(160)를 진행하면, 금속 나노와이어 층(151)은 금속 나노와이어 간의 접촉 저항 감소로 인해 면저항이 소폭 감소되고, 이후 후속 공정에서 진행되는 2차 자외선/오존 처리를 진행함으로써, 금속 나노와이어 층(151)의 면저항은 크게 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴 제조 방법은 열처리(160) 없이 2차 자외선/오존 처리만으로도 금속 나노와이어 층(151) 표면에서 발생되는 오존에 의한 보호층 제거 및 금속의 산화 작용으로 인하여 금속 나노와이어 층(151)의 비패턴 영역(NP)의 면저항을 증가시킬 수 있으나, 2차 자외선/오존 처리 시간이 증가되는 문제가 있다.
그러나, 2차 자외선/오존 처리 전에 열처리(160)를 진행하면 금속 나노와이어를 보호하는 있는 약 1 nm 두께의 보호층의 일부분이 노출되어 2차 자외선/오존 처리 시, 은 나노와이어 네트워크(또는 은 나노와이어)의 열화 속도를 가속시킬 수 있다.
도 1f는 본 발명의 실시예에 따라, 금속 나노와이어 층 상에 비패턴 영역(NP)을 노출시키는 네거티브 마스크를 부착한 것을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 금속 나노와이어 층(151) 상에 비패턴 영역(NP)을 노출시키는 네거티브 마스크(122)를 부착한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴 제조 방법은 기판(110)을 1차 자외선/오존 처리하기 위해 포지티브 마스크(121)를 사용하기 때문에, 기판(110) 상에 금속 나노와이어 층(151)을 코팅하면, 패턴 영역(P)과 비패턴 영역(NP)의 표면에너지가 달라, 패턴 영역(P)의 금속 나노와이어의 밀도가 매우 높게 형성될 수 있다.
그러나, 금속 나노와이어 층(151)은 1차 자외선/오존 처리되지 않은 영역(비패턴 영역; NP)에도 코팅되기 때문에, 완벽한 금속 나노와이어 패턴이 형성되지는 않는다.
네거티브 마스크(122)는 자외선을 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 바람직하게, 네거티브 마스크(122)는 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 스테인레스 금속(SUS; Steel Use Stainless), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 네거티브 마스크(122)는 금속 나노와이어 층(151)과 맞닿는 면에 완충층(160)을 더 포함할 수 있다.
완충층(160)은 산화막 및 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 완충층(160)은 네거티브 마스크(122)와 금속 나노와이어 층(151)의 접촉으로 인한 면저항의 변화를 감소시킬 수 있다.
도 1g는 본 발명의 실시예에 따라, 네거티브 마스크가 부착된 기판을 2차 자외선/오존 처리하는 과정을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴 제조 방법은 네거티브 마스크(122)가 부착된 기판(110)에 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행한다.
2차 자외선/오존 처리(132)는 금속 나노와이어 패턴을 형성한 후에 열화를 통해 비패턴 영역(NP)을 절연시키기 위해 진행될 수 있다.
2차 자외선/오존 처리(132)의 오존 농도는 처리 시간에 따라 증가하기 때문에, 네거티브 마스크(122)가 부착된 기판(110)은 자외선/오존 처리기가 동작하고, 20분 내지 30분 후에 2차 자외선/오존 처리될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행하여 비패턴 영역(NP)에 형성된 금속 나노와이어 층(151)의 금속 나노와이어가 변형되어, 금속 나노와이어 네트워크가 붕괴될 수 있다.
2차 자외선/오존 처리(132)는 금속 나노와이어 층(151) 표면에서 발생되는 오존의 의한 보호층 제거 및 금속의 산화 작용으로 인하여 금속 나노와이어 층(151)의 비패턴 영역(NP)의 면저항을 증가시킬 수 있다.
예를 들면, 금속 나노와이어 층(151)으로 은 나노와이어 층을 사용하는 경우, 은 나노와이어는 약 1 nm 의 폴리비닐피롤리돈 보호층으로 덮혀있고, 은 나노와이어 층 표면에 존재하는 은(Ag) 원자의 일부는 산화은(AgOx) 상태로 존재한다.
은 나노와이어 층 표면에 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행하면 산화은(AgOx)은 은 이온(Ag)과 산소 이온(O)로 분해되고, 동일한 분해 반응이 폴리비닐피롤리돈 내에서도 발생하게 된다.
폴리비닐피롤리돈 내에서는 질소 이온(N)이 분리되어 은 나노와이어 층 표면의 은(Ag)과 결합하여 질화은(AgNx)을 형성하고, 질화은(AgNx)은 폭발력이 있는 화학 물질로 급격하게 폭발하면서 은(Ag) 금속과 질소 가스(N2)로 분해된다.
이러한 폭발은 폴리비닐피롤리돈의 질소 이온(N)이 완전히 소모된 후에도 계속 발생한다.
은 나노와이어 층 내에서는 은 나노와이어 층 표면에서 일시적으로 생성된 산화은(AgOx)은 2차 자외선/오존 처리(132)의 자외선에 의해 급격히 분해되면서 은(Ag) 금속과 산소 가스(O2)를 발생한다.
은 나노와이어 층 표면에서의 이러한 작은 폭발은 은 나노와이어 네트워크(또는 은 나노와이어) 주변에 은(Ag) 금속 파편 덩어리들이 형성하고, 2차 자외선/오존 처리(132) 시간이 지남에 따라 은 나노와이어 네트워크(또는 은 나노와이어)의 형태가 변하게 되어 은 나노와이어 네트워크(또는 은 나노와이어)가 단선되는 현상으로 인해 은 나노와이어 층의 면저항이 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행하여 비패턴 영역(NP)에 형성된 금속 나노와이어 층(151)의 전도도(conductance)를 감소시켜 절연 상태로 변환시킬 수 있다.
금속 나노와이어 층(151)에 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행함에 따라 금속 나노와이어 네트워크는 변형(도 3a 내지 도 3c 참조)되고, 금속 나노와이어 네트워크의 변형은 금속 나노와이어 표면에서 발생되는 화학 반응으로 인해 금속 나노와이어의 단선이 발생(도 3c 참조)하여 전류 경로가 감소함으로써 면저항이 증가될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 열처리 및 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행하여 금속 나노와이어 층(151)의 면저항(sheet resistance)을 증가시킬 수 있다.
2차 자외선/오존 처리(132)는 2시간 내지 4시간 동안 진행될 수 있고, 2차 자외선/오존 처리(132) 시간이 2시간 미만이면 금속 나노와이어 층(151)의 면저항이 충분히 증가하지 않아, 비패턴 영역(NP)이 절연 상태가 되지 않는 문제가 있고, 4시간을 초과하면 이미 금속 나노와이어 층(151)의 면저항이 측정되지 않을 정도의 절연 상태가 되었기 때문에 수율에 문제가 있다.
바람직하게, 금속 나노와이어 층(151)으로 은 나노와이어 층을 사용하는 경우, 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행할수록 은 나노와이어 네트워크의 단선이 증가하여 면저항이 측정되지 않는 영역이 확대될 수 있다,
또한, 2차 자외선/오존 처리(132)를 2시간 정도 진행하면 전체적으로 면저항이 증가하게 절연 특성이 증가하게 되고, 2차 자외선/오존 처리(132)를 3시간 정도 진행하면 금속 나노와이어 층(151)은 약 75% 이상에서 단선이 발생하여 면저항이 1kΩ/sq 이상으로 증가함으로써, 절연 특성이 더욱 증가하게 된다.
또한, 2차 자외선/오존 처리(132)를 4시간정도 진행하면 금속 나노와이어 층(151)은 100%에서 단선이 발생하여 면저항을 측정할 수 없는 상태가 되어, 절연 특성이 더더욱 증가하게 된다.
2차 자외선/오존 처리(132)는 초기 약 30분 동안은 면저항의 변화가 두드러지지 않고, 약 10분 동안은 소폭 감소하는 현상이 나타나는데, 이러한 현상은 금속 나노와이어 층의 보호층(예; PVP)의 제거로 인해 은 나노와이어 간의 접촉 저항이 감소하기 때문이다.
그러나, 2차 자외선/오존 처리(132)를 진행한 지 약 30분 이후부터는 금속 나노와이어 층(151)의 면저항이 급격히 증가하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 열처리를 진행하여 2차 자외선/오존 처리(132) 시간을 감소시킬 수 있고, 램프를 균일하게 배치하면 대면적 기판(110)에 동시에 2차 자외선/오존 처리를 진행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 자외선/오존 처리기를 사용함으로써, 종래에 사용되는 레이저 처리 장비에 비해 매우 저렴한 비용으로 처리할 수 있어, 공정 처리 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
도 1h는 본 발명의 실시예에 따라, 네거티브 마스크를 제거하여 제조된 금속 나노와이어 전극을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 네거티브 마스크(122)를 제거하여 금속 나노와이어 전극을 형성한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 전극은 기판(110), 패턴 영역(P)인 친수성 부분(140) 상에 형성된 금속 나노와이어 전극 층(151) 및 비패턴 영역(P) 상에 형성된 절연층(152)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 전극은 2차 자외선/오존 처리에 의해 비패턴 영역(NP)에 형성된 금속 나노와이어 층(151)의 전도도(conductance)를 감소시켜 절연 상태로 변환시킴으로써, 금속 나노와이어 패턴을 형성한 다음, 절연층(152) 형성하기 위한 별도의 공정(예; 증착)을 생략할 수 있어, 공정 단순화 및 공정 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 전극은 플렉서블 기판(110)을 이용하여 제조함으로써, 플렉서블 터치 기판, 플렉서블 발광 소자 또는 플렉서블 전자 소자에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 전극은 금속 나노와이어를 이용하여 투명 전극으로 제조할 수 있어, 다양한 휴대용 기기 또는 대면적 플렉서블 전자소자에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 전극은 복잡한 공정이나 고가의 장비를 사용하지 않기 때문에 금속 나노와이어 전극을 적용할 수 있는 모든 분야의 공정이 간단해지고 비용을 감소할 수 있다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법을 도시한 실제 이미지이다.
도 2a 내지 도 2i를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법을 실제 이미지로 도시하였고, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 도 1a 내지 도 1h에 도시한 바와 동일하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 1차 자외선/오존 처리, 열처리 및 2차 자외선/오존 처리에 의해 투명 은 나노와이어(Ag NW) 전극을 제조할 수 있다.
제조예
도 2a에서와 같이, 아세톤, 메탄올 및 증류수를 포함하는 초음파 세척기를 사용하여 세척된 유리 기판 표면에 도 2b에서와 같이, 은 나노와이어(Ag NW) 전극이 형성될 패턴 영역이 노출된 폴리에틸렌 터레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 포지티브 마스크를 부착한 다음, 도 2c에서와 같이, 자외선/오존 처리기를 이용하여 20분 동안 1차 자외선/오존 처리를 진행하였다. 이후, 도 2d에서와 같이, PET 포지티브 마스크를 제거한 유리 기판 상에 은 나노와이어 용액을 스핀코팅하고, 상온에서 기판을 60분 동안 건조하여 도 2e에서와 같이, 1차 은나노와이어 전극을 형성하였다.
이후, 도 2f에서와 같이, 핫 플레이트를 이용하여 대기 중에서 110℃의 온도로 은나노와이어 전극을 10분 동안 열처리를 진행한 다음, 도 2g에서와 같이, 비패턴 영역이 자외선/오존에 노출되도록 PET 네거티브 마스크를 부착한 후, 도 2h에서와 같이, 은나노와이어 전극의 비패턴 영역이 자외선/오존에 노출되도록 120분 동안 2차 자외선/오존 처리를 진행하였다. 마지막으로, 유리 기판으로 부터 PET 네거티브 마스크를 제거하여, 도 2i에서와 같이, 유리 기판 상에 최종 은 나노와이어 전극 및 절연층을 형성하였다.
도 3a 내지 도 3c는 2차 자외선/오존 처리에 따른 금속 나노와이어 층의 변화를 도시한 전자주사현미경(SEM) 이미지이다.
도 3a는 2차 자외선/오존 처리 전의 금속 나노와이어 층의 금속 나노와이어 네트워크를 도시한 것이고, 도 3b는 약 30분 동안 2차 자외선/오존 처리한 후의 금속 나노와이어 층의 금속 나노와이어 네트워크를 도시한 것이며, 도 3c는 약 1시간 동안 2차 자외선/오존 처리한 후의 금속 나노와이어 층의 금속 나노와이어 네트워크를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 2차 자외선/오존 처리에 의해 금속 나노와이어 층의 금속 나노와이어 네트워크가 붕괴되는 것을 알 수 있다.
보다 상세하게는, 2차 자외선/오존 처리 전에는 금속 나노와이어 층은 도 3a에서와 같이, 금속 나노와이어 네트워크를 포함함으로써 전도성을 나타내나, 금속 나노와이어 층에 2차 자외선/오존 처리를 진행하면, 도 3b에서와 같이 금속 나노와이어 층 내의 금속 나노와이어 네트워크가 붕괴되어 작은 파편들이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
더 나아가, 도 3c에서와 같이, 1시간 정도 2차 자외선/오존 처리를 진행하면, 완전히 저항이 측정되지 않을 정도로 금속 나노와이어 층 내의 금속 나노와이어 네트워크가 붕괴되어 절연 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 2차 자외선/오존 처리 시간(UV/O treatment time)에 따른 나노와이어 층의 면저항(sheet resistance) 변화를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 금속 나노와이어 층은 2차 자외선/오존 처리 시, 초기 약 30분 동안은 저항 변화가 크게 없었고, 금속 나노와이어 층의 저항이 약간 낮아졌다.
그러나, 2차 자외선/오존 처리를 약 30분에서 60분 진행하면, 금속 나노와이어 층의 면저항이 급격히 증가하였고, 1시간 이상 처리하는 경우에는, 금속 나노와이어 층의 면저항이 급격히 증가하여 면저항이 측정되지 않는 영역이 많아졌다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 2차 자외선 오존 처리 시간에 따라, 면저항이 증가되는 것을 알 수 있다.
도 5는 열처리 온도(Thermal treatment temperature)에 따른 2차 자외선/오존 처리 시의 금속 나노와이어 층의 면저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 열처리(160)를 진행하지 않은 하지 않은 0℃ 의 경우 Ag NW 전극은 113 Ω/sq 에서 245 Ω /sq 으로 증가하였고 110℃로 열처리한 Ag NW 전극은 108 Ω /sq 에서 2766 Ω /sq 으로 증가하였다.
열처리(after thermal treatment for 10min)에 의해 금속 나노와이어 층의 면저항이 약간 감소 되었고, 면저항의 감소폭은 열처리 온도에 따가 증가되었다.
그러나, 금속 나노와이어 층에 열처리를 진행한 다음, 2차 자외선/오존 처리를 진행(after UV/O treatment for 2hr)함으로써, 금속 나노와이어 층의 면저항이 크게 증가되었다.
또한, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법은 2차 자외선/오존 처리 시, 사전 열처리 온도에 따라 면저항 변화가 크게 증가하였고, 특히, 100℃ 내지 120℃ 범위의 열처리 온도에서 열처리된 금속 나노와이어 층의 경우, 면저항이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 기판 121: 포지티브 마스크
122: 네거티브 마스크 131: 1차 자외선/오존 처리
132: 2차 자외선/오존 처리 140: 친수성 부분
151: 금속 나노와이어 층 152: 졀연층
160: 열처리 P: 패턴 영역
NP: 비패턴 영역

Claims (16)

  1. 기판 상에 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크(positive mask)를 부착하는 단계;
    상기 포지티브 마스크가 부착된 기판을 20분 내지 30분 동안 1차 자외선/오존(UVO) 처리하는 단계;
    상기 1차 자외선/오존 처리된 기판으로부터 상기 포지티브 마스크를 제거하는 단계;
    상기 1차 자외선/오존 처리된 기판 상에 금속 나노와이어 네트워크(metal nanowire network)를 포함하는 금속 나노와이어(metal nanowire) 층을 코팅하는 단계;
    상기 금속 나노와이어 층이 코팅된 기판을 열처리하는 단계;
    상기 금속 나노와이어 층 상에 비패턴 영역을 노출시키는 네거티브 마스크(negative mask)를 부착하는 단계;
    상기 네거티브 마스크가 부착된 기판을 2차 자외선/오존 처리하는 단계; 및
    상기 2차 자외선/오존 처리된 기판으로부터 상기 네거티브 마스크를 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 2차 자외선/오존 처리는 상기 1차 자외선/오존 처리에 의해 2시간 내지 4시간 내에 상기 비패턴 영역에 형성된 금속 나노와이어 층의 전도도(conductance)를 감소시켜 절연 상태로 변환시키는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 자외선/오존 처리하는 단계는,
    상기 기판의 패턴 영역을 친수성으로 개질하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어 층의 면저항은 열처리 온도에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2차 자외선/오존 처리하는 단계는,
    상기 비패턴 영역에 형성된 금속 나노와이어 층의 상기 금속 나노와이어 네트워크를 붕괴시키는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는,
    10분 내지 20분 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는,
    100℃ 내지 120℃의 온도로 진행되는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 포지티브 마스크 또는 상기 네거티브 마스크는 상기 금속 나노와이어 층과 맞닿는 면에 완충층(buffer layer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크(positive mask)를 부착하는 단계는,
    상기 기판 상에 상기 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 마스크를 부착하기 전에, 초음파를 사용하여 상기 기판의 표면을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어 층은 스핀 코팅(spin coation), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 브러쉬 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating) 및 그라비아 코팅(gravure coating) 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어 층은 금속 나노와이어로 형성된 상기 금속 나노와이어 네트워크를 포함하고, 상기 금속 나노와이어는 표면에 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어 층은 은(Ag) 나노와이어, 구리(Cu) 나노와이어, 알루미늄(Al) 나노와이어, 금(Au) 나노와이어, 백금(Pt) 나노와이어, 니켈(Ni) 나노와이어 및 티타늄(Ti) 나노와이어 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리(glass), 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 폴리다이메틸실록산(PDMS; polydimethylsiloxane), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene), 페벡스(PEBAX; polyether block amides), 과불화 탄성체(perfluoroelastomers), 불화 탄성체(fluoroelastomers), 플로오로실리콘 고무(fluorosilicone rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리아크릴릭 고무(polyacrylic rubber), 에피클로로히드린 고무(epichlorohydrin rubber), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 하이드로제네이티드 나이트릴 고무(hydrogenated nitrile rubbers) 및 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 포지티브 마스크 또는 네거티브 마스크는 폴리에틸렌 테페프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리에테르 설폰(PES; polyether sulfone), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA; polyurethan acrylate), 스테인레스 금속(SUS; Steel Use Stainless), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법.
KR1020170095229A 2017-07-27 2017-07-27 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극 KR101914382B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170095229A KR101914382B1 (ko) 2017-07-27 2017-07-27 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170095229A KR101914382B1 (ko) 2017-07-27 2017-07-27 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101914382B1 true KR101914382B1 (ko) 2018-11-01

Family

ID=64398223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170095229A KR101914382B1 (ko) 2017-07-27 2017-07-27 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101914382B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110970173A (zh) * 2019-11-21 2020-04-07 合肥微晶材料科技有限公司 一种可定制图案的纳米银线透明导电膜的制作方法
KR20210048205A (ko) * 2019-10-23 2021-05-03 한남대학교 산학협력단 저파울링 친수성 탈염전극 및 이를 이용한 수처리방법
KR20220160754A (ko) * 2021-05-28 2022-12-06 고려대학교 산학협력단 신축성 기판의 직접 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 신축성 전극

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013251220A (ja) 2012-06-04 2013-12-12 Shin Etsu Polymer Co Ltd 導電パターン形成基板の製造方法および導電パターン形成基板
KR101671918B1 (ko) 2014-10-10 2016-11-03 신화인터텍 주식회사 투명 도전 필름 및 이의 제조 방법
KR101685069B1 (ko) * 2016-04-01 2016-12-09 금오공과대학교 산학협력단 패턴이 형성된 플렉서블 투명전극의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013251220A (ja) 2012-06-04 2013-12-12 Shin Etsu Polymer Co Ltd 導電パターン形成基板の製造方法および導電パターン形成基板
KR101671918B1 (ko) 2014-10-10 2016-11-03 신화인터텍 주식회사 투명 도전 필름 및 이의 제조 방법
KR101685069B1 (ko) * 2016-04-01 2016-12-09 금오공과대학교 산학협력단 패턴이 형성된 플렉서블 투명전극의 제조방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210048205A (ko) * 2019-10-23 2021-05-03 한남대학교 산학협력단 저파울링 친수성 탈염전극 및 이를 이용한 수처리방법
KR102308722B1 (ko) 2019-10-23 2021-10-01 한남대학교 산학협력단 저파울링 친수성 탈염전극 및 이를 이용한 수처리방법
CN110970173A (zh) * 2019-11-21 2020-04-07 合肥微晶材料科技有限公司 一种可定制图案的纳米银线透明导电膜的制作方法
KR20220160754A (ko) * 2021-05-28 2022-12-06 고려대학교 산학협력단 신축성 기판의 직접 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 신축성 전극
KR102549262B1 (ko) 2021-05-28 2023-06-30 고려대학교 산학협력단 신축성 기판의 직접 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 신축성 전극
US11839033B2 (en) 2021-05-28 2023-12-05 Korea University Research And Business Foundation Method of directly patterning stretchable substrate and stretchable electrode fabricated by the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101914382B1 (ko) 금속 나노와이어 패턴의 제조 방법, 이를 이용한 금속 나노와이어 전극
JP4923904B2 (ja) 親水性および／または親油性の異なる領域を同一表面上に備える基板を生産する方法
US8497499B2 (en) Method to modify the conductivity of graphene
US10470301B2 (en) Method for manufacturing conductive pattern and conductive pattern formed substrate
JP4163250B2 (ja) 異方性形状部材のマウント方法
TWI544645B (zh) 薄膜電晶體及其製備方法
JP2003159699A (ja) 中空グラフェンシート構造体及び電極構造体とそれら製造方法並びにデバイス
US7867563B2 (en) Component mounting method
JP2008523618A (ja) 表面改質によるパターン化方法
US20170294583A1 (en) Carbon nanotube semiconductor device and manufacturing method thereof
Kim et al. Novel patterning of flexible and transparent Ag nanowire electrodes using oxygen plasma treatment
US8785263B2 (en) Thin-film transistor substrate and method of manufacturing the same
US20060045988A1 (en) Pretreatment process of a substrate in micro/nano imprinting technology
CN112259609A (zh) 通过腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法
KR20160004846A (ko) 은 나노와이어 패턴층 및 그래핀층을 포함하는 투명전극 및 그 제조방법
KR101554563B1 (ko) 미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터제조방법
US9046777B2 (en) Method for manufacturing a fine metal electrode
JP2008071898A (ja) カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ及びその製造方法
CN107709609B (zh) 布线图案的制造方法、导电膜的制造方法以及晶体管的制造方法
US9129882B2 (en) Method of fabricating graphene nano device
CN111681964A (zh) 一种基于二维材料的器件的制备方法
KR20050115949A (ko) 전계 방출 디바이스 및 이러한 디바이스를 형성하는 방법
CN105789039B (zh) 减小顶栅石墨烯场效应晶体管欧姆接触的方法
CN111029248A (zh) 一种ebl直写高精度第三代半导体的方法
KR102549262B1 (ko) 신축성 기판의 직접 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 신축성 전극

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant